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Extracción con solvente


En química se conoce como extracción la transferencia de un soluto de un disolvente a otro. El soluto en cuestión se puede extraer debido a que es mas soluble en el segundo solvente que en el primero y para que la operación se pueda llevar a cabo ambos solventes deben ser inmisibles y formar dos capas separadas cuando se juntan.

Muchos productos naturales orgánicos aparecen en los tejidos de plantas y animales en presencia de altos contenidos de agua, usando un adecuado solvente que no se mezcle con el agua, pero que si disuelva estos productos puede permitir aislarlos de los tejidos separándolos del agua.

Uno de los disolventes comúnmente usados es el éter, pero también se usan en la práctica otros, como líquidos derivados del petróleo o el cloruro de metileno.

Lo más usual es que para la extración se use una pieza de cristalería llamada embudo separador (figura 1), en el embudo se echa la solución que contiene la mezcla de las moléculas a separar (representadas como bolitas rojas y azules) y luego se agrega una cantidad del segundo disolvente que no se mezcle con el primero, se tapa, se sacude la mezcla y posteriormente se dejan en reposo para permitir que ambas fases se separen.

En el ejemplo representado en la figura 1, el segundo solvente es mas ligero que el primero y yace en la parte superior del embudo.

La solubilidad de las moléculas en los dos solventes es diferente, de modo que las moléculas rojas son mas solubles en el segundo solvente, mientras que las moléculas azules lo son en el primero. Esto hace que la mayoría de las moléculas rojas terminen en la fase superior aunque algunas pocas moléculas azules vayan a parar ahí también. Del mismo modo quedan también algunas moléculas rojas en la fases inferior.

La fase inferior se puede drenar del embudo abriendo la llave de paso con cuidado y dejándola pasar al beaker, de esta forma tendremos la mayor parte de las moléculas rojas, pero note que la separación total no se logra en una sola extracción y esto es bastante común en la práctica.

figura 1

Figura 1. Proceso de extracción

Coeficiente de distribución.

Cuando una solución que contiene un soluto A en un solvente 1 se mezcla y sacude con un solvente 2, el soluto se disuelve en ambas capas y alcanza un equilibrio tal, que la razón entre las concentraciones del soluto en cada capa es constante y conocida como coeficiente de ditribución (K); el que solo depende de la naturaleza de los solventes utilizados para cada caso en particular.

K = C2 / C1

Donde C1 y C2 son las concentraciones del soluto A en los solventes 1 y 2 respectivamente. Esta relación constante entre concentraciones siempre se produce con independencia de la cantidad de los dos solventes mezclados.

En la práctica, no todo el soluto se transfiere al solvente 2 cuando se hace un solo proceso de extracción, a menos que K sea muy grande, y usualmente se requieren varias etapas de extracción para sacar todo el soluto de una disolución; ilustremos esto con cálculos.

Supongamos que tenemos un proceso de extracción que sucede con una constante de distribucion K = 10, es decir, cuando se alcanza el equilibrio la concentración en el solvente 2 es 10 veces mayor que en el solvente 1; y que el sistema original esta constituido por 4 g de cierta sustancia disuelta en 100 mL de agua (solvente 1). Supongamos además que la extracción se hará con 150 mL de éter (solvente 2).

¿Qué será mas conveniente, hacer una sola extracción con los 150 mL de éter, o hacer tres extracciones con 50 mL cada una? Veamos:

Si llamamos x a la cantidad de soluto presente en la fase acuosa y sustituímos en la expresión del coeficiente de distribución tenemos para el primer caso (usando los 150 mL de éter de una vez):



Ahora hagamos el cálculo usando 50 mL de éter en tres extracciones consecutivas partiendo de la misma solución acuosa con 4.0 g de soluto:

Primera extracción:



La segunda extración se hace en la fase acuosa que ahora contiene 0.66 g del soluto con otros 50 mL de éter.



Una tercera extacción con los 50 mL de éter restante practicamente elimina todo el soluto de la fase acuosa, si hace el cálculo verá que finalmente quedarán menos de 0.02 g de soluto en el agua y habrán pasado al éter mas de 3.98 g de los 4.0 g originales.

Los cálculos anteriores demuestran que si se hace una sola extracción con 150 mL de éter quedarán 0.25 g de soluto en el agua, mientras que haciendo tres extracciones consecutivas usando 50 mL de éter en cada una, el resultado final es que solo quedan en el agua menos de 0.02 g de soluto. Resulta entonces bien definido que lo mejor es hacer varias extracciones con cantidades limitadas del solvente 2 en lugar de hacer una con mucha cantidad del solvente.

figura 2
Figura 2. Como soportar el embudo separador.
figura 3
Figura 3. Modo correcto de sujetar el embudo separador.

Como operar con el embudo separador

Para usar el embudo separador hay que tener en cuenta algunas particularidades importantes a fin de tener éxito en los procesos de extracción:
  1. Ante todo, la primera operación que no puede olvidarse para comenzar a llenar el embudo, es cerrar la llave de paso.
  2. Luego se coloca verticalmente con la boca de llenado hacia arriba en un soporte como el mostrado en la figura 2.

  3. Usando un embudo de boca ancha eche en el embudo separador ambos líquidos, la solución objeto de la extracción, y el solvente extractor.
  4. Sujete con delicadeza el embudo separador por el cuello superior y póngale el tapón.

  5. Tome el embudo ya lleno con ambas manos y sosténgalo como se muestra en la figura 3.
  6. Mantenga apretado el tapón en su lugar firmemente ya que los líquidos al mezclarse y sacudirse pueden generar gases que incrementan la presión en el interior del embudo y hacer saltar el tapón.

  7. Para liberar esta presión mantenga el embudo invertido (la parte de abajo hacia arriba como se ve en la figura 3) y lentamente abra la llave de paso. Es usual que se escuche el soplido de los gases al salir.
  8. Sacuda el embudo con un movimiento oscilante suave por al menos 1 minuto si existe el peligro de formación de una emulsión, de no haber ese peligro se puede sacudir mas vigorosamente por menos tiempo.

  9. Libere la presión interior de vez en cuando y continue haciéndolo hasta que ya no se oiga el soplido generado por los gases al escapar mientras sacude.
  10. Cuando haya terminado de mezclar los líquidos coloque el embudo nuevamente en el soporte e inmediatamente retire el tapón. Las dos capas se separarán en breve tiempo.

  11. Recupere las capas drenando la mayor parte de la capa inferior con la ayuda de la llave de paso. Deje alguna cantidad de la capa inferior en el embudo.
  12. Espere unos minutos para que el líquido perteneciente a la capa inferior, y que pudo haber quedado adherido a las paredes de vidrio, descienda y forme parte de la cantidad dejada.

  13. Abra de nuevo la llave de paso para permitir la salida del resto de la capa inferior justo hasta que la capa superior comience a entrar en el orificio de la llave de paso. En ese momento debe ser cerrada de inmediato.
  14. Drene la capa remanente superior por la boca de embudo.

Finalmente es bueno destacar que la densidad de los dos solventes envueltos en la extracción, comúnmente el agua y un disolvente orgánico, define la posición respectiva de las capas en el embudo, pero esto no es extrictamente cierto en todos los casos por lo que lo mejor no desechar ninguna de las dos capas hasta tanto esté seguro de cual es la deseada.



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